3.2DNA的结构 教案（表格式）

教学设计
课题 DNA的结构
1.教学内容分析（分析本课时教学内容在单元中的位置，核心内容对发展学生核心素养的功能价值分析，蕴含的正确价值观念，已学内容与本课内容的关联）《DNA的结构》是人教版高中生物学必修二《遗传与进化》第三章《基因的本质》第二节的内容。学生在上一节《DNA是主要的遗传物质》中已经了解了DNA携带遗传信息，但什么结构导致的功能学生还不甚了解；下接《DNA的复制》内容，学生在学习完本节内容后势必会对DNA的双螺旋结构通过怎样的复制方式才能传递遗传信息产生浓厚兴趣，因此本节内容在单元教学中起着承上启下的作用。《DNA的结构》一节包括“DNA 双螺旋结构模型的构建”“DNA的结构”和“制作DNA双螺旋结构模型”三部分内容。在“DNA双螺旋结构模型的构建”部分，教材通过讲故事的形式，以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，还原了几位科学家构建DNA双螺旋结构模型的过程。阅读这个故事，学生不仅能了解DNA双螺旋结构模型的基本结构，也能得到一些启示。在“DNA的结构”中，教材图文并茂地讲述了DNA结构的主要特点，并用黑体字解释了碱基互补配对原则。教材展示了“DNA 的结构模式图”，立体图展示了DNA的双螺旋结构，平面图是对立体图中部分碱基放大后的呈现，除了显示DNA双链的结构组成，平面图还显示一些细节为学生以后学习《生物技术与工程》模块中PCR等内容打下了基础。通过“制作DNA双螺旋结构模型”的探究实践活动，进行制作模型、交流和讨论，学生可以进一步加深对DNA结构的认识。本节内容通过科学史为学生探索知识的主脉络，发展了学生的结构与功能观、加强了学生对于实验结论间的紧密逻辑性的感知；通过构建DNA的双螺旋结构活动提升学生的科学探究能力，认同科学家的探索求真、交流合作等科学精神在科学研究中的重要性，理解物理学和化学方法在生物学研究中的重要作用，进一步领悟多学科交叉融合在科学研究过程中的必要性。
2.学情分析（学生与本课时学习相关的学习经验、知识储备、学科能力水平、学生兴趣与需求分析，学生发展需求、发展路径分析，学习本课时可能碰到的困难）本节内容面向的教学对象为高一学生。高一学生已经具备一定的认知水平，已经具备一定生物学知识基础，并且对生物学具有较为浓厚的兴趣，愿意进行深入探索。在思维模式上，学生思维活跃，喜欢探究问题，已经具备一定的理性思维，能够进行逻辑思维分析和解释问题。学生们在初中时初步学习了DNA是双螺旋结构，并在必修一《分子与细胞》中学习 知道了核酸等物质的组成，了解到碱基、氢键、磷酸、脱氧核糖等概念，以及在科学思维和科学方法上，都已经有了一定的基础。在本模块必修二《遗传与进化》中，学生已经学习了第一章 “遗传因子的发现”和第二章“基因与染色体的关系”，并熟悉了孟德尔遗传定律以及基因与染色体间的关系。 学生在第三章第一节“DNA是主要的遗传物质”中了解了探索DNA是主要的遗传物质的过程，并理解了相关实验的过程和原理，可以阐明DNA的功能，启发学生思考DNA具有这些功能的原因，将在第二节中给出答案。第一节的内容为学生的学习做了很好的铺垫。本节内容需要与数学、物理、化学等学科有交叉融合，学生在识别DNA的衍射图谱时可能会碰到困难。在链接两条DNA单链时，对于DNA两条链的方向识别可能也有困难。DNA分子是抽象的立体空间结构，学生的认知水平和空间想象能力相对较弱，但对新知识有较强的的探究欲和学习兴趣，因此教师要着力扮演好组织者、引导者和参与者的角色，适时地、不断地启迪、指导和帮助学生;在“制作DNA双螺旋结构”模型构建的活动中，和学生一起去体验“发现”的乐趣；学会将模型建构过程中获得的信息进行汇总，通过讨论和交流，初步得出结论;养成在学习活动中友好合作，资源共享的科学探究习惯。在教学过程中，高度重视师生互动、生生互动。在“DNA分子双螺旋结构模型建立过程”的科学史料的阅读和理解中，以严密的逻辑推理步步追踪、层层深入，不断地引发学生去积极思考、主动参与“DNA分子结构”的学习过程。
3.目标确定（根据学科课程标准和学生实际，指向学科核心内容、学科思想方法、学科核心素养的发展进阶，描述学生经历学习过程后应达成的目标和学生应能够做到的事情。可分条表述） 本节课程内容设置为“情境-任务-问题-活动”为主线的课堂主线。《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》中对应“DNA的结构”一节的有关要求:(1)内容要求——“概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。” (2)教学提示——“搜集DNA分子结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流;制作 DNA分子双螺旋结构模型。”(3)学业要求——“结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA 分子作为遗传物质所具有的特征......(生命观念、科学思维)。”本节内容基于大单元教学视角下进行教学，因此教学目标需要具备一定的整体性。根据课标相关要求，课程目标、学习任务等如下图所示：
4.学习重点难点学习重点：DNA结构的主要特点、利用3D打印技术制作DNA双螺旋结构模型。学习难点：阐明DNA结构的主要特点。
5.学习评价设计（从知识获得、能力提升、学习态度、学习方法、思维发展、价值观念培育等方面设计过程性评价的内容、方式与工具等，通过评价持续促进课堂学习深入，突出诊断性、表现性、激励性。体现学科核心素养发展的进阶，课时的学习评价是单元学习过程性评价的细化，要适量、适度，评价不应中断学生学习活动，通过学生的行为表现判断学习目标的达成度） 1．《DNA结构》课堂活动评价量表（学生版）2. 《DNA结构》课堂活动评价量表（教师版）3．课堂中解决核心任务的评价量表
6.学习活动设计教师活动学生活动课前准备：DNA结构零件的3D打印、DNA粗提取实验、《揭秘DNA双螺旋结构小剧场》拍摄教师活动1（教学环节中呈现的学习情境、提出驱动性问题、学习任务类型。下同）带领学生进行3D打印准备工作。引导学生进行课前DNA的粗提取实验。组织学生进行小剧场的拍摄工作。学生活动1（学生在真实问题情境中开展学习活动；围绕完成学习任务开展系列活动与教的环节对应，学生分析任务-设计方案-解决问题-分享交流中学习并有实际收获。下同）小组代表进行DNA结构的3D打印准备工作。小组代表利用洋葱、草莓、香蕉等进行 DNA的粗提取实验，并录制实验视频。兴趣小组进行小剧场的拍摄工作。活动意图说明：（简要说明教学环节、学习情境、学习活动等的组织与实施意图，预设学生可能出现的障碍，说明环节或活动对目标达成的意义和学生发展的意义。说出教与学活动的关联，如何在活动中达成目标，关注课堂互动的层次与深度）在课前进行DNA结构零件的3D打印准备工作，能够提前调动学生对本节课的兴趣，并且在与学生共同修改双螺旋结构各化学组成的数值时能够使得学生更加加深对于DNA结构的化学组成的印象。生物学与信息技术手段的融合也更加能使得学生体会到学科交叉带来的便利。课前带领学生进行DNA粗提取实验能够培养学生的科学探究精神，使得学生更加认同理论源于实践，并加深印象。学生经历从所提供的资料和视频中摘取、分析、尝试、动手操作，最终得出结论的过程，培养科学思维及动手探究的能力。环节一：情景导入教师活动1多媒体呈现2023年古DNA分析技术所获得的科技地位，并对其意义进行说明问题引导——1.为什么要分析古DNA？2.DNA作为遗传物质是如何储存遗传信息的？学生活动1学生思考回答问题，并带着问题进入本节课程的学习。活动意图说明将当下科技发展与普高课程知识相互衔接，体现教育、科技、社会三者的协同关系，激发学生的学习动机。环节二：构建DNA双螺旋结构（一） —— 建构4种脱氧核糖核苷酸模型教师活动220世纪科学家们对于研究DNA的结构十分痴迷，经过了一系列的实验得到证据，最终沃森和克里克成功搭建了DNA的双螺旋结构。克里克是一名物理学家，对X射线衍射图谱的分析十分熟悉，能够帮助沃森理解晶体学的原理。沃森是一名生物学家，能够帮助克里克理解生物学的知识内容。展示科学史资料1：20世纪30年代，科学家们认识到：DNA是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的长链，但是对DNA的空间结构还一无所知。带领学生回顾旧知，【提出问题串1】：在必修一中我们学习了DNA的基本单位？你还记得脱氧核糖核苷酸由哪些小分子构成吗？碱基都有哪些种类呢？（展示四种碱基结构图）活动1:你能利用手里的模型拼接出脱氧核糖核苷酸的模型吗，并说出脱氧核糖与碱基、磷酸建立联系对应的碳原子的位置吗？教师展示脱氧核糖核苷酸的分子结构，引导学生指出提前利用3D打印技术制作的脱氧核糖与碱基、磷酸建立联系对应的碳原子的位置，并说出碱基的类型和名称。【图】学生活动2阅读资料，思考问题，讨论、表达与交流，回顾。脱氧核糖核苷酸。一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子碱基。腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。学生利用学具建构核苷酸模型，说出各核苷酸名称，并归纳核苷酸的结构特点：碱基与脱氧核糖中的1号碳连接，磷酸与5号碳连接。活动意图说明提供资料，联系学生的前知识通过操作模型构建核苷酸模型，提供学习支架，使得学生能完善知识网络。环节三：构建DNA双螺旋结构（二） —— 建构一条脱氧核糖核苷酸模型教师活动3【提出问题串2】：你还记得脱氧核糖核苷酸是如何连接形成一条长链的吗？请一位学生上台画出链接的化学键位置。活动2:你能利用模型尝试建构由5个脱氧核糖核苷酸组成的DNA单链模型吗？学生活动3通过磷酸二酯键。学生上台画出示意化学键位置。尝试构建一条多样核苷酸链。活动意图说明通过分析资料思考问题，感悟科学方法和科学精神，感受合作学习和交流的重要性。培养学生的科学思维和探究精神，结合探究过程，激励学生思考，理解进行科学探究必须要有严谨的推理和缜密的科学思维。环节四：构建DNA双螺旋结构（三） —— 探究DNA分子的空间结构教师活动4以沃森和克里克为代表的一众科学家们仍然不知道DNA的空间结构究竟是怎样的。而转机是来自于一位伟大的女科学家富兰克林拍摄的照片，揭示了DNA的空间结构为双螺旋结构。展示科学史资料2：在 1951 年 11 月，美国生物物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用了X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。该照片至今仍被公认为所有 X 射线照片中最美之一。提问：这张图能说明什么呢？在课前，我们班的几名同学特意进行了课前的一系列探究活动，并用小剧场的形式演绎了出来，让我们一起来看一看吧。播放视频【揭秘DNA双螺旋结构的小剧场】几位同学通过生动形象地演绎，为我们解释了这张图所蕴含的信息，那么同学们能否利用手中的模型来构建一个脱氧核糖核苷酸双链在平面上连接的模型呢？【提出问题串3】：如果DNA是双链螺旋结构，你能构建出几种可能的平面模型？活动3:引导学生尝试建构DNA双链平面模型。 学生活动4阅读资料，思考问题，讨论、表达与交流，回顾。观看视频，并进行思考。尝试构建DNA分子的双链平面结构模型。教师活动5【提出问题串4】：看到大家构建了多种多样的双链结构模型，请大家来进行展示！同学们构建的模型多种多样，但是现在的模型有两个问题：DNA分子由两条链构成，两条链中的碱基是排在外侧，还是在内侧？当时科学家们在继续探究DNA的结构时，也遇到了同样的问题，于是沃森和克里克继续搜寻资料。展示科学史资料3～6：活动4:教师组织学生根据资料3～6修改模型，并进行展示。学生活动5阅读资料，思考问题，小组合作讨论、表达与交流，回顾。学生尝试修改DNA双螺旋平面结构。形成的DNA双螺旋结构活动意图说明通过学生课前整理资料分析，并以小剧场的形式形象的为全班学生解释富兰克林所拍摄的DNA衍射图片背后所蕴含的意义，培养了学生的自主探究的能力，更加深刻体会到了学科交叉融合的魅力。以问题串的形式将科学家们在构建DNA模型时遇到的问题呈现给学生，一方面可以让学生了解科学史，另一方面可以提高学生分析问题，解决问题的能力，突破教学重点，注重训练学生思维能力。环节五：总结归纳DNA双螺旋结构的特点教师活动6【提出问题串5】：提问：构建出DNA双螺旋结构后，沃森和克里克要怎样才能让世人知道呢？提问：如果你是沃森和克里克，在论文中将对DNA双螺旋结构进行怎样的描述呢？请进行小组讨论。引导学生根据DNA双螺旋结构模型，总结DNA双螺旋的结构特点。学生活动6学生提出，应该描述DNA的双螺旋结构。学生根据构建模型用到的知识来回答问题。讲述模型的内容，思考并回答相关问题。小组讨论，并交流：（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成的。（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。活动意图说明：在体验模型构建后学习DNA分子的结构特点，更有利于学生加深理解。及时反馈，检测学生掌握的情况，有利于学生掌握本节课的学习重点。环节六：总结归纳DNA双螺旋结构的特性教师活动7【提出问题串6】：提问：DNA结构的特性是什么？能否从以下两个问题进行思考？1.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？2.DNA只含有4种脱氧核苷酸，为什么能够储存足够量的遗传信息？ 教师提问：为什么G//C碱基对含量越多DNA越稳定？教师提问：在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。计算DNA分子有多少种？教师提问：人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有多少种？学生活动7学生思考，小组讨论并总结。DNA结构的特性1:稳定性。氢键越多，结构越稳定，而G—C碱基对之间含有的氢键多，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。44000种。得出DNA结构的特性2: 多样性。1种。得出DNA结构的特性3: 特异性。活动意图说明：通过对DNA结构特点的认识，认同DNA结构的特性，达成结构与功能相适应的生命观念。环节七：总结提升教师活动8【提出问题串7】：上述材料体现了哪些学科的知识？展示DNA测序技术的前沿应用：药物研发与个体化治疗;基因组学研究;疾病的诊断与预防;生物技术创新。沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？学生活动8数学、物理、化学、语言文学等。学生感悟。①要善于利用他人的研究成果和经验；②要善于与他人交流合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；③研究小组成员在知识背景上最好互补，④对所从事的研究要有兴趣和激情。活动意图说明： 通过引导学生回顾本节课程的学习，加深学生切身体会到学科交叉融合在科学研究中的必要性，发散思维。以科学家们为榜样，深化团结合作的良好品行。环节八：回顾情境问题教师活动9引导学生回答情境问题：DNA作为遗传物质是如何储存遗传信息的？学生活动9学生进行回答交流，其他学生进行补充回答。活动意图说明： 回顾情境问题，完整应用一个情境材料，能够使得学生对于DNA作为遗传物质储存遗传信息有着更加深刻的了解。
7.板书设计（板书完整呈现教与学活动的过程，最好能呈现建构知识结构与思维发展的路径与关键点。使用PPT应注意呈现学生学习过程的完整性）
8.作业与拓展学习设计（设计时关注作业的意图、功能、针对性、预计完成时间。发挥好作业复习巩固、引导学生深入学习的作用；面向全体，进行分层设计；检测类作业与探究类、实践类作业有机衔接；分析作业完成情况，作为教学改进和个性化指导与补偿的依据） 1.布置分层课后习题作业2.学生兴趣作业：利用3D打印技术，自己制作一个简易的DNA双螺旋结构模型
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明（结合教学特色和实际撰写）本节课利用3D打印技术制作DNA双螺旋结构模型的学具有以下几个显著的优点：1. 直观性强：3D打印的模型能够真实、准确地再现DNA双螺旋的立体结构，使学生能够直观地观察到DNA的空间构型，从而更好地理解其结构特点。2. 便于观察与学习：学具的大小、颜色等设计可以根据教学需求进行定制，使得学生在观察过程中更容易区分DNA的组成部分，如磷酸、脱氧核糖和碱基等，从而加深对DNA组成的理解。3. 操作简便：学具可拆卸组装，便于学生动手实践，通过实际操作加强对DNA结构特征的记忆，同时培养学生的实践能力和动手能力。4. 耐久性强：3D打印的模型材料通常具有较好的耐用性，不易损坏，可以长期使用，为教学提供了持久的支持。5. 激发学生兴趣：利用现代科技制作的学具能够吸引学生的注意力，激发他们对生物学科的兴趣和好奇心，提高学习的积极性和参与度。6. 提高教学效率：教师利用3D打印模型进行授课时，可以更直观地展示DNA的结构，减少抽象解释的难度，从而提高教学的效率和质量。7.立体感强：通过3D打印技术，学生可以全方位观察DNA模型的细节，加深对空间结构的理解，避免二维图像带来的理解障碍。8.教学互动性好：使用此学具进行教学活动，可以增加师生互动和学生之间的讨论，提高课堂的活跃度和参与度。综上所述，应用3D打印技术制作的DNA双螺旋结构模型学具在高中生物教学中具有显著的优势，有助于提高学生的学习效果和教学质量。
10.教学反思与改进（教与学的经验性总结，基于学习者分析和目标达成度进行对比反思，教学自我评估与教学改进设想）本节课以新课程理念为指导，设计“情境-任务-问题-活动”为主线的课堂，分为三个兴趣小组分别进行3D打印技术制作学具、DNA的粗提取实验以及小剧场筹备与拍摄工作。教学中通过问题串的形式引导学生思考科学史资料，并逐步完善模型，调动学生积极性，提高课堂效率。为增强学生印象，设计制备DNA双螺旋模型的学生活动，强调小组合作与问题提示。同时，注重情感、态度、价值观的教育。课堂参与度高，培养学生思维，挑战教师课堂生成能力。不足之处在于课堂时间把握不够精准，需优化教学节奏。学生参与度不高：虽然组织了小组讨论，但在实施过程中，部分学生的参与度不高，没有形成有效的讨论和交流，导致部分学生对知识点掌握不够深入。针对上述不足之处，我提出以下改进方案：在上课之前要精准把握每一个环节的时间设置，优化教学节奏。优化小组讨论环节：通过设计更具启发性的问题，引导学生积极参与讨论；同时，加强对学生讨论的监督和指导，确保讨论的有效性和深度。
PAGE
2